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Sternenexplosion: Unsichtbarer Vorgänger einer Supernova

Vorläufer einer Supernova

Am 24. August 2011 ereignete sich in der Spiralgalaxie Messier 101 eine Supernova. Schon nach wenigen Stunden hatten Astronomen sie entdeckt, in rund 21 Millionen Lichtjahren Entfernung war es die erdnächste seit 25 Jahren. SN 2011fe wurde sie in der Folge genannt. Das Spannende für die Astronomen: Es war eine Supernova vom Typ Ia, die als universale Standardkerzen zur Entfernungsmessung benutzt werden. Doch erst durch diese neueste Explosion konnten Wissenschaftler nun die infrage kommenden Vorläufersterne eingrenzen.

Die drei denkbaren Konstellationen einer Ia-Supernova | Eine Supernova vom Typ Ia ist die Explosion eines Weißen Zwergs, der von einem Begleitstern zu viel Masse aufgenommen hat. Doch die Natur dieses Begleiters war bisher unklar. Es könnte sich um einen Roten Riesen handeln (oben), um einen Unterriesen oder einen ähnlich hellen Stern der Hauptreihe (Mitte) oder schließlich um einen zweiten Weißen Zwerg (unten). Wissenschaftler favorisieren nach Untersuchungen der Explosion SN 2011fe die zweite Vorläuferkonstellation.

Astronomen gehen davon aus, dass Supernovae vom Typ Ia immer die gleiche absolute Helligkeit haben. So dienen sie als Entfernungsmaßstab, wodurch die beschleunigte Expansion des Universums nachgewiesen werden konnte; dieses Jahr erhielten drei Physiker den Nobelpreis für diese Erkenntnis. Der Vorläufer einer Ia-Supernova ist ein Weißer Zwerg in einem Doppelsternsystem – doch über die Natur des Begleiters ist bisher erstaunlich wenig bekannt. Der Theorie nach explodiert der Weiße Zwerg, wenn er von seinem Begleiter zu viel Material aufgenommen hat. Infrage kamen für dieses zweite Objekt bisher drei Sterntypen: ein Roter Riese, ein Unterriese oder auch ein Stern der Hauptreihe und drittens ein zweiter Weißer Zwerg.

Als das systematische Suchprojekt Palomar Transient Factory (PTF) am Palomar-Observatorium in Kalifornien die Supernova SN 2011fe entdeckte, sahen Astronomen eine Chance, das Rätsel um den Begleitstern zu lösen. Schon 16 Stunden nach der Entdeckung wurden die ersten Spektren aufgenommen. Wissenschaftler um Peter Nugent vom Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien analysierten die Daten und wiesen sowohl Kohlenstoff als auch Sauerstoff nach. Dies bestätigte, dass hier ein Weißer Zwerg explodierte. Aus der weiteren Spektralanalyse schließen die Autoren, dass sein Begleiter wahrscheinlich ein Stern aus der Hauptreihe war.

Zudem wertete ein zweites Team um Weidong Li von der University of California in Berkeley Bilder des Weltraumteleskops Hubble aus. Sie suchten in Aufnahmen aus der Zeit vor der Explosion die Region von SN 2011fe nach den Vorgängersternen ab. Tatsächlich jedoch fanden die Forscher an dieser Himmelsposition – nichts. Daraus folgern die Wissenschaftler, dass die Vorgängerobjekte von SN 2011fe unterhalb der Nachweisgrenze von Hubble liegen. Ein Roter Riese als Begleitstern ließ sich somit ausschließen – zumindest für diese spezielle Ia-Supernova.

Ihre Verwendung als Standardkerzen erklärt, weshalb Astronomen so dringend nach den Vorläufersternen von Ia-Supernovae suchen. Sollte sich herausstellen, dass es mehrere Vorläuferkonstellationen gibt und die Supernovae somit nicht immer genau gleich hell sind, könnte dies die bisherigen Ergebnisse zur Expansion des Universums in ein neues Licht rücken. Allerdings kommt es in Galaxien wie unserer eigenen statistisch nur alle zwanzig Jahre zu einer Supernova vom Typ Ia. Und nur wenige Galaxien sind uns näher als Messier 101. Womöglich dauert es daher noch Jahrzehnte, bis sich die Messungen, die an SN 2011fe möglich waren, wiederholen lassen.

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  • Quellen

Nugent, P. E. et al.: Supernova SN 2011fe from an exploding carbon-oxygen white dwarf star. In: Nature 480, S. 344–347

Li, W. et al.: Exclusion of a luminous red giant as a companion star to the progenitor of supernova SN 2011fe. In: Nature 480, S. 348–350

Hamuy, M.: Cosmic explosions under scrutiny. In: Nature 480, S. 328–329

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